JPH03283741A - 信号伝達回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する分野〕 本発明はプリント板上やハイブリットＩＣ基板上で、低
電流、”低電力でデジタル信号を送信゛、受信する信号
伝達回路に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、プリント基板上のＩＣ間や、ハイブリット基板上
のＩＣ間でデジタル信号を送受する方法として、ＴＴＬ
やＥＣＬインタフェースのような電圧モードで動作する
ものや、電流の有無又は大小で送受する電流モードで動
作する回路があった。

高速デジタル信号を送受するには、ＥＣＬインタフェー
スが優れていることが知られているが。

その動作電流は大きく、低消費電力化には向かないとい
う問題がある。

一方、電流モードで動作する回路としては、例えば“ア
ナログ集積回路”近代科学社、昭和５５年２月発行の第
２５７頁に記載されているようなカスコード接続型の回
路がある。

第６図は、上記のごとき電流モードで動作する回路の従
来例図である。

第６図において、２１は送信回路、２２は受信回路、２
３はデジタル信号の入力端子、２４はデジタル信号の出
力端子、２５は送信回路２１と受倍回路２２とを接続す
る布線である。

まず、第６図（ａ）は基本的な回路形式である。

送信回路２１は、定電流源工。と、その電流を切り換え
る電流スイッチ用のトランジスタＱ３゜、Ｑ、１とから
構成され、入力端子２３に入力したデジタル信号に対応
した電流信号を布線２５に出力する。また、受信回路２
は、布線２５を介して入力した電流信号を電圧信号に変
換する抵抗Ｒ３゜、Ｒ３１からなる。

上記の送受信回路は、例えば、プリント板実装の場合に
は、送信回路２１はプリント板上の成る集積回路に、受
信回路２２は同じプリント板上の別の集積回路に搭載さ
れており１両者はプリント板上に設けられた布線２５で
接続されることになる。

上記の送受信回路の動作は次のようになる。

送信回路２１の入力端子２３にデジタル信号が入力する
と、それに対応してトランジスタＱ３゜、Ｑ、１の一方
がオン、他方がオフになる。そのため布線２５を介して
受信回路の抵抗Ｒ３０またはＲ１□の一方に電流が流れ
、その抵抗で電位降下が生じるので、受信回路２２の出
力端子２４には電位の大小関係が生じ、それがデジタル
信号として出力される。

この回路を高速で動作させるには、プリント基板上の布
線２５の容量と抵抗Ｒ３いＲ１□との充放電を高速化さ
せる必要があり、そのためには抵抗Ｒ，ｏ、　Ｒ３１の
抵抗値を小さくし、定電流工。の値を大きくする必要が
ある。このため低消費電力化には適さないという問題が
あった。

次に、第６図（ｂ）の回路は、受信回路２２−にベース
接地トランジスタＱａ２、Ｑ３３を追加したものである
。

この回路の動作は、前記第６図（ａ）とほぼ同様である
が、電流の流れる経路に挿入されたベース接地トランジ
スタＱ、２、Ｑ　３３により、布線２５の電位はベース
印加電圧ＶＢＢからベース・エミッタ間電圧（０，６〜
０．９ｖ位）だけ低くなった電位でほぼ一定に保たれる
ため、第６図（ａ）で述べたような布線容量の充放電電
流をかなり抑制することが出来る。そのため、定電流源
工。の電流をさほど大きくせずに高速動作をさせること
が出来る。しかし、送信回路２１と受信回路２２とは。

一般に異なる集積回路で構成されるので、定電流源工。

の値や抵抗Ｒ３゜、Ｒ３□の値は製造バラツキのために
それぞれランダムに数１０％も変動することがあり、そ
のため、受信回路２２の出力振幅も集積回路の組み合わ
せによってランダムに変動することになる。

したがって、最悪の組み合わせでも所要の出力振幅を得
られるようにするためには、設計値としての定電流源工
。や抵抗Ｒ１゜、Ｒ１□を大きめに設計する必要がある
が、そのように設定すると消費電流が増大し、また出力
振幅が大きめに変動した場合にはトランジスタＱ、２、
Ｑ３．が飽和して高速動作が出来なくなってしまうとい
う問題があった。

〔発明が解決しようする課題〕

上記のように従来の回路においては、異なった集積回路
間における製造時の素子特性バラツキがあるため、動作
電流を大きな値に設定する必要があり、また、そのため
にトランジスタが飽和して高速動作が出来なくなる等の
問題があった。

本発明は、上記のごとき従来技術の問題を解決するため
になされたものであり、製造バラツキによる素子特性の
変動があっても、低消費電力で高速動作を可能にする信
号伝達回路を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するため、本発明においては、特許請
求の範囲に記載するように構成している。

すなわち１本発明においては、受信回路側では、該回路
の電気的特性を電流値又は電圧値として出力し、送信回
路側では、受信回路からの電流値又は電圧値を入力し、
その入力値に応じて、送出する電流信号の電流値を制御
するように構成したものである。

上記のように構成したことにより、本発明においては、
送信回路と受信回路との間に素子特性のバラツキがあっ
ても、その差異に対応して送信側の電流値が変わるので
、設計段階で大きな電流値に設定しておく必要がなくな
る。したがって低消費電力で、かつ高速動作が可能とな
る。

〔発明の実施例〕

第１図は１本発明の第１の実施例のブロック図である。

第１図において、１は送信回路、２は受信回路、３は前
段の回路から送信回路１へのデジタル信号の入力端子、
４は電流信号出力端子、５は受信回路の特性入力端子、
６は受信回路の特性検出回路。

７はデジタル信号／電流信号の変換回路、８は送信図ｊ
ｌｌと受信回路２と接続する布線、９は受信回路の電流
信号入力端子、１０は受信回路２から後続の回路へのデ
ジタル信号の出力端子、１１は受信回路の特性出力端子
である。

上記のデジタル信号入力端子３、電流信号出力端子４、
布線８、電流信号入力端子９およびデジタル信号出力端
子１０は、伝送すべきデジタル信号の数だけ設けられて
いる。

以下、動作を説明する。

送信回路１は、特性検出回路６と変換回路７とから構成
される。

特性検出回路６は特性入力端子５の電圧又は電、流を入
力として、その入力に応じて出方電流レベルを制御する
信号を変換回路７に出力する。

変換回路７は、１個又は複数個のデジタル信号を入力端
子３から入力し、そのデジタル信号電圧の高／低に対応
した電流信号を電流信号出方端子４力傅出力する。そし
てその電流信号の電流レベルは特性検出回路６から与え
られた制御信号によって設定される。

受信画ｊＩ２は、電流信号入力端子９に流れる電流の有
無又は大小か、ら元のデジタル信号を検出し、デジタル
信号出力端子１ｏがら出力する。また。

受信回路自身の電気的特性を表す電流値又は電圧値を出
力する回路（図示せず、第２図以降で詳述）を備え、上
記の電流値又は電圧値を特性出方端子１１から出力する
。

次に、第２図は、第１図の実施例の具体的な回路側図で
ある。以下、具体的動作を第２図を用いて説明する。な
お、第２図において第１図と同符号は対応する部分を示
す。

まず、第２図（ａ）は、３個のデジタル信号を送受する
回路例である。

受信回路２内のダイオードＤ８、Ｄ２．抵抗Ｒ６、Ｒ□
およびトランジスタＱ１は定電流源を構成し。

この回路が受信回路２の素子特性を電流値として出力す
る回路である。

この定電ＡＭは、トランジスタＱ□のコレクタから定電
流工、を出力し、それが特性出方端子１１から送信回路
１側へ送られる。

なお、定電流工、の値は、 Ｉ、＝Ｖｔ／Ｒ□　　　　　　・・・（１）である、た
だし、ｖＴはＰＮ接合の順方向降下電圧であり、０．８
ｖ程度の値である。

上記の定電流工、は、受信回路２の抵抗Ｒ１に反比例し
ている。そして受信回路２は一つの集積回路で構成さ熟
、内部の各素子の特性のバラツキ等は同じ傾向になって
いるので、抵抗Ｒ□の値は、受信回路２の電気的特性（
抵抗値のバラツキ）に対応しており、したがって定電流
エエの値は受信画Ｍ２の電気的特性を示すものとなる。

送信回路１内の特性検出回路６は、受信回路２の特性出
力端子１１から出力された電流工、を特性入力端子５か
ら入力する。そしてトランジスタＱ２、Ｑｌ、Ｑ、、Ｑ
、で構成されたカレントミラー回路によって３組の電流
を生成する。

この際、トランジスタＱ、、Ｑ、、Ｑ、のサイズ比をＱ
□に比べてＮ倍とすれば、Ｑｌ、Ｑ、、　Ｑ、のコレク
タ電流Ｉｃは下記（２）式で与えられる。

Ｉｃ：Ｎ１．　　　　　　　・・・（２）変換回路７は
、それぞれ２個のトランジスタからなる３組の電流スイ
ッチで構成される。そして各電流スイッチは、入力する
デジタル信号に応じて電流経路を切り替え、トランジス
タＱ３、ＱいＱ、のコレクタ電流１ｃを電流信号として
電流信号出力端子４から出力する。

例えば、トランジスタＱいＱ７からなる電流スイッチは
、トランジスタＱ、のコレクタ電流Ｉｃを電流信号とし
て出力する。

受信回路２は、送信図Ｊ１１からの電流信号を電流信号
入力端子９から入力し、抵抗Ｒ２、トランジスタＱ、、
Ｑ、および固定のバイアス電流を与える定電流源工。か
ら構成された電流検出回路によってデジタル信号に変換
する。このデジタル信号はデジタル信号出力端子１ｏが
ら後続の回路へ出力される。

上記のデジタル信号出力端子１ｏの出力電圧Ｖ　ＯＵＴ
の低レベルＶ　０ＵＴＬと高レベルＶＯＵＴ）ｌは、下
記（３）、（４）式で示される。

Ｖｏｕｒｂ＝　Ｖｃｃ　−Ｒ，Ｘ　（Ｉ　ｃ＋　Ｉ　、
１）＝Ｖｃｃ　　Ｒｚ　（Ｎ　１１＋　ＩＯ）　−（３
）Ｖ　０ＬＩＴＨ＝　Ｖ　ｃｃ　−Ｒ２Ｉ。　　　　　
・　（４）上記のように、出力電圧Ｖ　ＯＵＴの高レベ
ル、低レベルとも、送信回路１の素子特性（抵抗値やト
ランジスタのｈｐＥ）と直接的には関与しておらず、送
信回路と受信回路間の素子特性のバラツキの影響を受け
ない。したがって送信回路１と受信回路２とが異なった
集積回路で形成され、素子特性のバラツキが異なった傾
向を示す場合でも、それに影響されることなく、常に安
定した出方電圧を得ることか出来る。

次に、第２図（ｂ）は、送信回路１と受信回路２との間
の布線８の本数を減少した回路である。

この回路は、変換回路７の電流スイッチの出力の片側の
みを用いたものである。

この回路の構成は、基本的には前記第２図（ａ）とほぼ
同様であるが、受信回路２内の電流検出回路は、トラン
ジスタＱ、。、抵抗Ｒ２、閾値電圧を発生する抵抗Ｒ０
＾、　Ｒｌｇ、コンパレータ１２から構成される。

上記の閾値電圧ＶＴＲは、 Ｒ１＾＋Ｒ，ａ で与えられる。

また、トランジスタＱユ。のコレクタ電位ｖ１は。

前記ＶＯＬＩＴと同じ式で表される。

上記のコレクタ電位ｖ１と閾値電圧ＶＴＨの電位との大
小をコンパレータ１２によって検出し、その結果がデジ
タル信、号としてデジタル信号出力端子１０から出力さ
れる。従って、この場合も前記と同様に、送信回路１と
受信回路２間の素子のバラツキの影響を受けない。

次に、第２図（ｃ）は、前記第２図（ａ）の受信回路２
におけるトランジスタＱ１、Ｑ、および抵抗Ｒ２の部分
を別の回路構成にした実施例であり、他の部分は第２図
（ａ）と同じである。

第２図（Ｃ）において、トランジスタＱ８のコレクタ電
流をトランジスタＱ□１、Ｑ　１２で構成されたカレン
トミラー回路に入力し、さらにその８カをトランジスタ
Ｑ工５、Ｑ工、で構成されたカレント・ミラー回路に入
力する。また、トランジスタＱ９のコレクタ電流をＱ１
３、Ｑ　１４で構成されるカレントミラー回路に入力し
、トランジスタＱ１４のコレクタとＱ１＆のコレクタと
を接続し、その電位の高／低をデジタル信号として出方
するものである。

次に、第３図は、本発明の第２の実施例のブロック図で
ある。

この実施例は、受信回路の特性の送受を電流信号伝送用
の布線８に重畳することにより、前記第１１！Ｉの実施
例における特性入力端子５と特性出方端子１１との間を
接続する配線を省略したものである。

第３図において、受信口Ｎ２は、受信回路の特性を表す
電位を電流信号入力端子９の電位として布線８へ出力す
る。そして特性検出回路６は、電流信号伝送用の布線８
の電位を入力端子５がら入力する。

この実施例においては、受信回路の特性を伝送する配線
が不要になるので、布線数を減少させることが呂来る、
という利点がある。

第４図は、第３図の実施例の具体的な回路例図であり、
１個のデジタル信号を伝送する場合を例示する。

第４図において、特性検出回路６は、電流信号伝送用の
布線８の電位を入力端子５がら入力する。

入力端子５は、トランジスタＱ２゜、Ｑ２□のエミッタ
ホロワ−のベースに接続され１両者のエミッタの接続点
に抵抗Ｒ２ｏが接続されている。そして抵抗Ｒ２゜の他
端はトランジスタＱ２□、Ｑ２３で構成されたカレント
ミラー回路の入力端に接続されてぃる。そのカレントミ
ラー回路の出力は、変換回路７へ与えられる。

変換回路７の動作は、前記第２図（ａ）と同じである。

受信回路２は、電流信号入力端子９から入力された電流
をベース接地トランジスタＱｘ４のエミッタに流し、そ
のコレクタ側に接続された抵抗Ｒ２１の電位降下によっ
て元のデジタル信号を検出し、それをデジタル信号出力
端子１０から出力する。

一方、電流信号入力端子９の電位Ｖ、は、抵抗Ｒ０の電
位降下とトランジスタＱ８いＱ８．のベース・エミッタ
間接合電位の和を用いて表すことが出来、下記（５）式
のようになる。

Ｖ、＝Ｖｃｃ−Ｒｚｚ（Ｉｔ　”　Ｎ＋　２　Ｉｏ）　
−２”　Ｖ丁”’　（５）ただし、１．＝（Ｖｓ　　２
Ｖｔ）　／Ｒｉａテある。

また、トランジスタのベース電流は十分小さいものとし
て無視している。

上記（５）式から、デジタル信号出力端子１０の出力電
圧の低レベルＶ　０ＵＴＬ及び高レベルｖＯυＴＨは、
下記（６）、（７）式に示すようになる。

Ｖｏｕｒ＋、＝Ｖｃｃ−Ｒ，２（Ｉ、Ｎ＋２　Ｉ。）−
Ｒ，□（ｒｚ・Ｎ＋Ｉ。）　　　・・・（６）Ｖｏｕｔ
ｏ＝Ｖｃｃ　　Ｒ２２（Ｉ２Ｎ＋　２　ＩＯ）　　Ｒｚ
ｘ・Ｉ。

・・・　（７） シタがッテ、論理振幅ＶＨＬ　（＝　ＶＯＵＴＨ−ＶＯ
ＩＪＴＬ）は、下記（８）式のようになる。

ＶＨＬ：Ｒ８１・Ｉ　、　・Ｎ Ｒ２□　Ｎ　　　Ｒ，。

具体的な値として、例えばＮ＝１．Ｉ。＝０．１ｍＡ、
　Ｖｔ＝　０．８　Ｖ、Ｖｃｃ＝　５　Ｖ、　Ｒ，、＝
　１８０Ω、Ｒ２□＝１００Ω、Ｒ３□＝１８０Ωとす
ると、ＶＨ＋、：　０　、５　Ｖ となる、抵抗比の偏差として、同−集積回路上の抵抗Ｒ
２２とＲｌｉとの比を５％とすれば。

となる。また異なる集積回路上の抵抗Ｒ２゜とＲ２□と
の比は、相関がないため大きく変動するので。

仮に５０％とすれば、 となる。

上記の値から論理振１１１ＶＨＬの偏差を求めると。

下記（９）式のようになる。

上記（１０）式と（１１）式から判るように、集積回路
間の抵抗偏差が±５０％あっても出力論理振幅の偏差は
約半分の±２７．５％に抑制される。

この動作を別の観点から見ると、送信回路１の抵抗値が
設計値通りであり、受信回路２の抵抗値が設計値の半分
になったとすると、抵抗Ｒａａの電位降下が設計値の半
分になり、そのためＶ、の電位が上昇する。このため、
特性検出回路６に流れる電流工２が増加し、変換回路７
の出力電流も増加する。従って受信回路２の抵抗Ｒ２１
に流れる電流が増加し、出力論理振幅ＶＩ４Ｌが増大し
て、製造時における抵抗Ｒ２□の低下分を補償すること
になる。このような帰還動作があるため、集積回路間に
抵抗偏差があっても出力論理振幅の偏差を抑制すること
が出来る。

次に、第５図は、第４図における各回路の別の実施例図
であり、（ａ）は送信回路、（ｂ）は受信回路の他の例
を示す。

まず、第５図（ａ）は、第４図の受信回路２内の定電流
源工。を送信回路１側に設けた場合の送信回路の実施例
である。

この回路では、特性検出回路６内のカレントミラー回路
にトランジスタＱ２いＱ　ｚ　ｔを追加し、そのコレク
タ電流を電流信号入力端子４に直結し。

これを定電流源工。とじたものである。

また、第５図（ｂ）は、受信回路２の別の実施例であり
、電流信号入力端子９における電圧ｖ９の変動をほぼ０
に抑制したものである。

ＰＮ接合間の電位差は電流依存性を持っており、前記第
２図および第４図の回路では、電圧ｖｇの電位が数１０
ｍＶ変動する。この電流依存性をキヤンセルするために
、ダイオードＤ８、Ｄ４を抵抗Ｒ２１とＲ２２の間に挿
入し、ダイオードＤ３と抵抗Ｒ２１の接続点からトラン
ジスタＱ　２９のベース電位を供給し、ダイオードＤ４
と抵抗Ｒ２１の接続点からトランジスタＱ２１１のベー
ス電位を供給するものである。

この結果、電流信号入力端子９の電位ｖｇ＾およびＶ　
、　Ｂは、下記（１２）　、　（１３）式で示すように
なる。

Ｖｓ＾＝Ｖｃｃ　　Ｒ２２（ＩＡ　＋　ＩＢ＋　２　Ｉ
ｎ）　　Ｖ’ｒ、　　Ｖｔ２＋＋＋　（１２）Ｖ、ａ＝
Ｖｃｃ−Ｒ，□（ＩＡ＋ＩＢ＋２Ｉ＋１）　　ＶＴ３　
　Ｖｔ４−（１３）ただし、ＶＴ工：Ｄ４の電位降下 Ｖｔ２　：　ＱｚｓのＢＥ間の電圧降下ＶＴ、　：　Ｄ
３の電位降下 ＶＴ、：　Ｑ２ｇのＢＥ間の電圧降下 ここで、ダイオードにおける電圧降下、すなわち上記の
ＶＴ工とＶＴ、をＶＴＤとすれば、ただし、工：ダイオ
ードに流れる電流、ＣＤ：係数、 ｋ：ボルツマン定数 ｑ：電子の電荷量 Ｔ：＃＠対温度 また。

トランジスタにおける電圧降下、 すなわ ち上記のＶＴ２とＶＴ、をＶＴＱとすれば。

ただし、 ■＝エミッタ電流 ＣＱ：係数 で表せることが知られているので、 これらを前記 （１２） （１３）式に代入すると、 ＋Ｃｏ　　−ｌｏｇ（Ｉ＾＋　Ｉｏ）　＋ＣＱ・・・（
１４） ＋Ｃｅ　−−ｌｏｇ（Ｉｎ＋　Ｉｎ）　＋Ｃ。

・・・（１５） となる。

上記（１４）　、　（１５）式から判るように、ｖ９＾
＝Ｖｓａとなる。

従って１本受信回路を用いれば、電流信号入力端子９に
おける電流がデジタル信号に応じて増減しても、■、＾
、Ｖｓａの電位変動はなくなる。そのため、布線８に寄
生する容量が大きくても充放電電流は流れず、高速動作
が可能になる。

なお、これまでの説明においては、ＮＰＮトランジスタ
を用いた回路を中心に説明したが、ＰＮＰトランジスタ
を用いても同様の動作をすることは容易に分かる。また
、ＮＰＮトランジスタをＮチャンネルＦＥＴに、ＰＮＰ
トランジスタをＰチャンネルＦＥＴに置換しても同様の
動作をする。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明においては、受信回路の電
気的特性（抵抗値、又は抵抗値に関連した電流値）を送
信回路に送り、それによって送信回路の電流出力レベル
を制御するように構成したことにより、送信回路と受信
回路が別々の集積回路に搭載され、それぞれの集積回路
の素子偏差や。

抵抗偏差が大きいような場合でも動作マージンを大きく
することが出来る。そのため、集積回路上の抵抗をトリ
ミングしたり、外付の個別抵抗を用いる必要がなくなる
ので、集積回路化に適している。また、電流信号を伝え
る配線の電位変動を極めて小さくすることが出来るため
、布線の寄生容量が大きくても高速動作が可能になる。

また、布線の寄生容量の影響を受けにくいことから、電
流レベルを小さくすることが出来るので、低消費電力化
がはかれる、等多くの優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例のブロック図、第２図（
ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ第１図の実施例の具体
的回路例図、第３図は本発明の第２の実施例のブロック
図、第４図は第３図の実施例の具体的回路側図、第５図
は第３図の実施例の他の具体的回路例図、第６図’　（
ａ）、（ｂ）はそれぞれ従来の電流モードの送受信回路
の回路側図である。 〈符号の説明〉 １・・・送信回路 ２・・・受信回路 ３・・・デジタル信号入力端子 ４・・・電流信号出力端子 ５・・・受信回路の特性入力端子 ６・・・受信回路の特性検出回路 ７・・・デジタル信号／電流信号の変換回路８・・・布
線 ９・・・電流信号入力端子 １０・・・デジタル信号出力端子 １１・・・受信回路の特性出力端子 代理へ升理士 甲 打 馬 之 第２図（Ｃ） 第３図 （ａ） （ｂ） 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 与えられたデジタル信号を、電流の有無又は大小によっ
   て伝送する電流信号に変換して送出する送信回路と、上
   記電流信号を入力し、元のデジタル信号に変換して出力
   する受信回路とを備えた信号伝達回路において、 上記受信回路は、該回路の電気的特性を電流値又は電圧
   値として出力する回路を備え、 上記送信回路は、上記受信回路からの電流値又は電圧値
   を入力し、その入力値に応じて、送出する電流信号の電
   流値を制御する回路を備えたものであることを特徴とす
   る信号伝達回路。